淺談充填體質(zhì)量與充填工藝的關(guān)系

惠 林，賀茂坤

（1.冬瓜山銅礦，安徽 銅陵 244000；2.中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038）

淺談充填體質(zhì)量與充填工藝的關(guān)系

惠 林1，賀茂坤2

（1.冬瓜山銅礦，安徽 銅陵 244000；2.中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038）

隨著充填采礦法應(yīng)用的日益廣泛，提高充填體質(zhì)量就成為一個重要問題。充填料漿濃度控制、采場脫水、膠凝材料選取等相關(guān)充填工藝的改進(jìn)可以提高充填質(zhì)量。本文介紹了在高濃度充填中，選擇合適的充填擋墻改善采場脫水、采用低水化熱高強(qiáng)度的充填膠凝材料等技術(shù)，以建立可靠、高效的充填系統(tǒng)，保證礦山安全生產(chǎn)。

高濃度充填；級配；膠凝材料

1 前言

地下分多步驟大規(guī)?；夭傻牡V山，充填系統(tǒng)能否高效運(yùn)行，膠凝充填體的抗壓、抗剪強(qiáng)度和接頂如何，采充是否平衡，直接影響著礦山的連續(xù)生產(chǎn)，因此，通過對尾礦性質(zhì)的控制保障尾礦料漿輸送流暢，攪拌設(shè)施均勻的制備以保證膠凝充填料漿質(zhì)量，適宜的擋墻設(shè)施和采場脫水系統(tǒng)，通過改善和提高充填工藝水平，建立一套完善的充填質(zhì)量保障體系是提高充填體質(zhì)量的重要途徑。

2 充填料漿特性的研究和控制

大量的試驗表明，尾礦制備、輸送濃度與尾礦的粒徑、泥性物質(zhì)的含量、尾礦的細(xì)度及粘度有著密切關(guān)系，通過對尾礦級配和尾礦輸送參數(shù)的研究，砂漿粘度—濃度—流速之間存在著十分密切的關(guān)系，在尾礦輸送過程中，粘度這一特性對確定充填料輸送方法是十分重要的。對于粘度低的充填料，即對于含水量過高的充填料，料漿中的固體容易沉淀而引起堵塞。對于粘度高或含水量很低的充填料，摩擦阻力過大也會引起堵塞。這就要求在充填過程中不同時期需要進(jìn)行相應(yīng)粘度控制。通過實際生產(chǎn)表明，在充填輸送過程中，高濃度尾砂具有固體兼液體的特性，它對尾礦充填的濃縮、輸送等方面有著非常重要的作用，因此選擇適宜的濃度是十分重要的，應(yīng)以高濃度較好，而當(dāng)料漿進(jìn)入采場時，充填體自身的內(nèi)聚力對擋墻的側(cè)壓力甚為重要，應(yīng)盡早提高充填體的粘結(jié)力。當(dāng)充填體初始強(qiáng)度較大時，充填體自身強(qiáng)度即可承受其自重作用從而不對充填擋墻產(chǎn)生壓力。因此，提高粘結(jié)力可以顯著降低擋墻受力。但全尾砂膠凝充填料強(qiáng)度增加緩慢，因而對擋墻壓力的減少也較緩慢。為了盡快提高粘結(jié)力，可適當(dāng)加入絮凝劑、早強(qiáng)劑等。

試驗研究表明，充填體的強(qiáng)度，不僅取決于膠凝材料添加量的多少，還取決于充填料漿的濃度和級配。在一定條件下，充填料漿濃度的提高，可以增加充填體早凝，并且可以減少采場脫水和膠凝材料的損失，在一定程度上提高膠凝充填體強(qiáng)度，某礦不同灰砂比的充填料漿凝結(jié)時間和形成的強(qiáng)度試驗數(shù)據(jù)見表1,充填試塊抗壓強(qiáng)度測定結(jié)果見表2。充填料漿凝結(jié)和抗壓強(qiáng)度試驗表明：①充填料漿隨著其濃度的增大，凝結(jié)時間相應(yīng)減少，試塊強(qiáng)度增加。②料漿脫水速度加快，凝結(jié)時間相應(yīng)減少。

通過上述試驗表明，相同條件下，充填體的凝結(jié)時間和形成的強(qiáng)度與其濃度有著重要的關(guān)系，對充填料漿性態(tài)的研究和控制是保證充填體輸送和強(qiáng)度的基礎(chǔ)，采取膏體或高濃度制備和輸送是一個重要的發(fā)展方向，而作為充填料漿主要骨料的尾礦，其粒級的組成，對充填料漿的制備和采場脫水有著很大關(guān)系，因此需要首先確定尾砂的級配以確定合理的充填料漿制備和輸送濃度。某礦全尾砂膠結(jié)充填接頂情況見圖1。

表1 某礦充填料漿凝結(jié)時間測定結(jié)果

表2 某礦不同灰砂比及濃度的試塊抗壓強(qiáng)度測定結(jié)果

3 設(shè)置可靠合理的采場充填設(shè)施

3.1 采場擋墻的設(shè)置

圖1 某礦全尾砂膠結(jié)充填接頂情況

大空場嗣后全尾砂充填工藝技術(shù)研究首先要解決的問題是充填擋墻的穩(wěn)定性。由于全尾砂充填料漿性能的特殊性，充填擋墻任何形式的破壞及充填料漿的泄漏，將導(dǎo)致充填體質(zhì)量下降，污染井下工作環(huán)境甚至是災(zāi)害性的安全事故，所以必須研究確定合理的充填擋墻形式及結(jié)構(gòu)，同時采取切實可靠的技術(shù)措施，使其在充填及隨后的生產(chǎn)過程中均保證擋墻的可靠性，以確保礦山生產(chǎn)的正常、安全運(yùn)行。為保障采場充填料漿不泄露，對擋墻設(shè)置要考慮以下幾方面因素：①正確的充填擋墻設(shè)置地點。充填擋墻上的總壓力與其面積大小成正比。因此選擇擋墻位置時，只要不影響生產(chǎn)和充填，最好是選在距采場較遠(yuǎn)的、巷道斷面較小且便于設(shè)置擋墻的位置。這樣不僅可以降低擋墻構(gòu)筑費(fèi)用，而且擋墻的可靠性、安全性也可以大大提高。②選擇合理的擋墻設(shè)置方式。從施工和安全的角度來看，盡管目前國內(nèi)外有多種形式構(gòu)筑、用材不同的充填擋墻，但最常用的和最簡便的還是木材構(gòu)筑的擋墻。

因此采場擋墻的設(shè)置是保證充填采場安全、可靠、降低充填成本的重要條件。

3.2 采場脫水

國內(nèi)采場脫水一般采用采場周邊布置排水井或采場內(nèi)架設(shè)泄水井等設(shè)置進(jìn)行脫水，這些設(shè)計僅局限于中小型采場，對于高大型的采場，施工人員不能進(jìn)入采場施工作業(yè)。針對高大型采場充填的特點，國內(nèi)礦山一般依靠礦巖裂隙滲漏進(jìn)行脫水，不考慮采場脫水系統(tǒng)。過去國內(nèi)深孔采場分級尾砂膠凝充填時，采場采用脫水管脫水，使用效果較好。

在采用極細(xì)粒級的全尾砂充填時，當(dāng)充填料面未超過擋墻時，充填料所泌出的水可以從透水擋墻滲透或溢流排出。而當(dāng)充填料面超過擋墻時，充填料泌水一小部分通過充填體自身滲透并由擋墻及空區(qū)周邊圍巖或礦石裂隙排出。由于充填體凝固后滲透系數(shù)小，該部分水量僅占總泌水量的5%～10%。而剩余的90%以上的泌水必須通過采場中的脫水設(shè)施而排出，以達(dá)到下次充填時表面無積水的目的，否則充填料表面積水將導(dǎo)致充填料漿的嚴(yán)重離析而使充填體質(zhì)量嚴(yán)重下降。

4 低熱高強(qiáng)膠凝材料的應(yīng)用

4.1 新型膠凝材料

對于大規(guī)模深井充填礦山來說，由于深井高溫的特殊性，加之大型機(jī)械化設(shè)備的使用和水泥在水化過程中產(chǎn)生的大量水化熱，不僅井下環(huán)境處于高溫狀態(tài)，而且充填成本增高。針對不同的尾礦，選擇不同的膠凝材料提高充填體強(qiáng)度這一點是非常重要的，特別對于高硫尾礦充填膠凝材料的選擇尤為重要。筆者提出應(yīng)用一種低熱高強(qiáng)膠凝材料，其來源和應(yīng)用效果分析如下：在我國有色冶煉爐渣豐富，因此，在我國采礦工業(yè)應(yīng)考慮有色冶煉爐渣在充填混合料中的利用問題。研究表明，礦山充填料使用銅冶煉爐渣可取代部分硅酸鹽水泥，這種配比的膠凝料尚未在我國采礦工業(yè)中大范圍應(yīng)用。

4.2 新型膠凝材料與添加水泥的試塊強(qiáng)度比較

通過大量的實驗室實驗，利用工業(yè)廢渣鋼渣、粉煤灰、礦渣、粉煤灰、硅灰和一些建筑垃圾等配制的膠凝材料抗壓強(qiáng)度，在同一環(huán)境、同一灰砂比、同一濃度條件下，其膠凝體的抗壓和抗剪強(qiáng)度高于水泥，這是由于這種膠凝材料各組份之間的級配和膠凝材料水化所生成的硅酸鈣凝膠較多，漿體密實性好，減少了水泥的水化熱，抗硫酸鹽侵蝕性好，特別是在集料含硫時(如含硫尾砂)，具有更強(qiáng)的與全尾砂的膠凝能力，充填集料粒徑越小，這種優(yōu)勢越明顯。新型膠凝材料和以水泥為膠凝材料的充填試塊強(qiáng)度對比如表3。

表3 某礦新型膠凝材料與水泥全尾砂充填試塊強(qiáng)度對比（濃度73%）

5 結(jié)語

通過上述研究和論述可得出如下結(jié)論。

（1）膏體或高濃度尾砂充填是今后深井礦山充填的發(fā)展方向，膠凝充填體質(zhì)量不僅與濃度有關(guān)，而且與尾砂粒徑、級配、膠凝材料等有關(guān)，選擇合適的充填料漿濃度和合理的尾砂級配可使充填體強(qiáng)度顯著提高。

（2）充填采場設(shè)置合理、可靠的擋墻，是提高采場安全、保證充填效果的有效途徑，強(qiáng)制多次接頂是采場接頂?shù)轿坏幕颈ＷC。

（3）對于膠凝充填來說，利用工業(yè)廢渣和煉銅爐渣不失為一種降低水化熱、提高充填體強(qiáng)度的重要方法,低溫高強(qiáng)的膠凝材料是保證井下工作環(huán)境、降低充填作業(yè)成本的一條重要途徑。

（4）完善的充填系統(tǒng)、合理的充填工藝是滿足充填能力和實現(xiàn)充填體目標(biāo)強(qiáng)度的前提，充填控制系統(tǒng)、料漿配比、膠凝材料、尾砂粒級的選擇對充填質(zhì)量、可靠性有著至關(guān)重要的作用。

Discussion on the relation of filled body and filling technology

With more and more filled stope mining method being used,it’s important to improve the quality of the filled body.Filling techniques,such as pulp density,stope dehydration,binding material,were improved in order to improve filled body quality.In high density backfilling,appropriate bulkhead to improve stope dehydration,low temperature and high strength binding material,which can establish stable,high efficiency filling system.

high density backfilling；grade；binding material

1672-609X（2010）05-0017-03

TD853.34

B

2010-09-30

惠 林（1963-），男，安徽舒城人，高級工程師，從事采礦工程技術(shù)管理工作。